基于机器视觉的几何量精密测量系统的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要几何量精密测量在工业生产和科研工作中具有广泛的需求。近年来，随着生产技术的不断发展和加工精度的不断提高，对几何量测量提出了更高的要求。传统的几何量测量仪器存在着读数过程繁琐、测量时间长、人为主观误差大等缺陷，难以满足高精度零件的几何量精密测量的需求。本文设计了一种基于机器视觉的几何量精密测量系统，研究了相关的光栅信号处理、单片机控制、图像处理等关键技术。本文的主要工作内容如下：1.设计了几何量精密测量系统的机械结构。以万能工具显微镜为机械平台，在其纵、横向导板和基座上分别安装了光栅尺作为位移检测装置，设计了CCD光学成像

2、系统。2．研究了基于FPGA和单片机的光栅信号处理技术。设计了光栅信号处理电路和FPGA逻辑电路，编制了单片机控制程序，实现了纵、横向两只光栅尺信号的处理。3.研究了工件和玻璃刻度尺上的毫米刻线图像的处理方法，采用亚像素定位技术设计了基于Sobel算子和最小二乘曲线拟合的边缘定位算法、基于灰度重心法的线定位算法和毫米刻线定位算法，实现了边缘和线的计算机辅助对准以及毫米刻线的精确定位。4．开发了几何量精密测量系统的软件，实现了长度、圆、角度等几何量测量数据的自动采集与处理，结合AutoCAD软件实现了零件尺寸的辅助测量。实验结果表明，本文所设计的几何量精

3、密测量系统不仅保持了万能工具显微镜稳定性好、抗干扰性强等优点，而且消除了人为误差，提高了测量效率，具有较高的重复性精度和测量精度。关键词：机器视觉，几何量，精密测量，万能工具显微镜，光栅尺，图像处理i基于机器视觉的几何量精密测量系统的研究AbstractTheprecisionmeasurementofgeometricalparametersiswidelydemandedontheindustrialproductionandscientificresearch.Intherecentyears,withthecontinuousdevelopme

4、ntofscience-technology,thehigherrequirementongeometricalparametersmeasurementisputforwardinsomefield.However,thetraditionalmeasuringinstrumentforgeometricalparametershassomedisadvantageinthepracticaloperation,suchascomplicatedreadingprocess,longmeasuringcycleandhighsubjectiveerr

5、or,whichresultsinthatitisdifficulttomeettheneedofgeometricalparametersmeasurementforprecisionparts.Theprecisionmeasurementsystemforgeometricalparametersviamachinevisiontechnologywasdesigned,andthekeytechniqueincludinggratingsignalprocessing,SingleChipMicrocomputer(SCM)controland

6、imageprocessingareresearchedinthispaper.Themainachievementsareasfollows:1.Themechanicalstructureoftheprecisionmeasurementsystemforgeometricalparameterswasdesigned.Thesystemwasbuiltonthemechanicalplatformofuniversaltoolmicroscope,gratingscaleswereinstalledrespectivelyinverticalan

7、dhorizontalguideplate,whichwereusedasdisplacementmeasurementdevice,andopticalimagingsystembasedonCCDwasdesigned.2.ThegratingsignalprocessingbasedonFPGAandSCMwasresearched.ThegratingsignalprocessingcircuitandthelogiccircuitofFPGAwasdesigned,andthecontrolprogramrelevanttoSCMwascom

8、piled,asaresult,thesignalfromthetwogratingscale